發(fā)布時間：2018-02-03 20:39

  本文關(guān)鍵詞： 超材料 雙光子聚合 AMF模型 階梯效應(yīng) 自適應(yīng)切片　出處：《長春工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超材料(Metamaterial)是一種由三維微納結(jié)構(gòu)構(gòu)成的人工復(fù)合材料,具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì),可以實現(xiàn)某些奇異功能或者在相同的功能上會表現(xiàn)的更加優(yōu)越。超材料具有廣闊的應(yīng)用前景,在微電子、微光子、航天航空等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。為了使三維超材料在這些領(lǐng)域取得成功應(yīng)用,關(guān)鍵在于高效精密且低成本地實現(xiàn)三維超材料的制造�；陲w秒激光雙光子聚合(Two Photon Polymerization,簡稱TPP)的加工方法被認(rèn)為是最有效、最有發(fā)展前途的工藝方法之一。這種加工方法利用了增材制造(Additive Manufacturing,簡稱AM)技術(shù)原理,其核心思想是“切片——疊加”。本文主要從三維超材料微納加工過程中數(shù)據(jù)模型的特征、優(yōu)勢分析及其可視化和切片處理三個方面進(jìn)行詳細(xì)的研究,主要包括以下內(nèi)容:(1)為了保證三維超材料的幾何表達(dá)精度以及獲得合適的數(shù)據(jù)存儲量,本文在一種新的接口文件格式——增材制造文件格式(Additive Manufacturing File Format,簡稱AMF)的數(shù)據(jù)模型框架下來實現(xiàn)對三維超材料結(jié)構(gòu)的表達(dá)。詳細(xì)的分析研究AMF文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、幾何原則以及AMF模型的曲面、曲邊三角形網(wǎng)格;并通過對比高腳杯模型的AMF文件和STL文件的存儲量大小,分析AMF文件的數(shù)據(jù)存儲量優(yōu)勢。(2)利用三維圖形庫OpenGL的圖形渲染處理能力和交互式場景處理能力,在Visual C++6.0環(huán)境下采用MFC的方式進(jìn)行編程,完成了AMF文件數(shù)據(jù)的讀取、存儲以及AMF模型的變換、繪制及顯示等處理,從而實現(xiàn)基于飛秒激光雙光子聚合的三維超材料微納加工過程中AMF模型的可視化,并對高腳杯的AMF數(shù)據(jù)模型進(jìn)行顯示。(3)提出基于三角形網(wǎng)格坐標(biāo)信息排序的自適應(yīng)切片算法:為了便于判斷三角形網(wǎng)格與切平面的位置關(guān)系,根據(jù)三角形網(wǎng)格的z軸坐標(biāo)信息對其進(jìn)行排序;分析三角形網(wǎng)格和切平面的位置關(guān)系,并進(jìn)行交點坐標(biāo)的計算;分析切片處理過程中的原理性誤差——階梯效應(yīng)及其正、負(fù)偏差,從而提出獲得統(tǒng)一正偏差的截交平面選擇原則以及自適應(yīng)切片處理過程中切片厚度的變化原則,并利用三角形網(wǎng)格的法向量與切平面夾角的變化,建立確定自適應(yīng)切片厚度的數(shù)學(xué)模型;將切片算法應(yīng)用于實例,通過分析高腳杯AMF模型的切片處理結(jié)果,對切片算法進(jìn)行驗證,分析該算法的可行性。
[Abstract]:Metamaterial is a kind of artificial composite composed of three-dimensional micro-nano structure, which has supernormal physical properties which are not possessed by natural materials. Can achieve some strange functions or in the same function will be more superior. Metamaterials have a broad application prospects in microelectronics and photons. Aerospace and other fields have received extensive attention. In order to make three-dimensional metamaterials successful in these fields. The key is to manufacture 3D metamaterials with high efficiency, precision and low cost. Two Photon Polymerization based on femtosecond laser two-photon polymerization. TPP) is considered to be one of the most effective and promising processing methods, which make use of adding material to manufacture Additive Manufacturing. The core idea of AM-based technology is "section-superposition". This paper focuses on the characteristics of the data model in the process of micro-nano machining of three-dimensional metamaterials. The advantage analysis, visualization and slice processing are studied in detail, including the following contents: 1) in order to ensure the geometric representation accuracy of 3D metamaterials and to obtain the appropriate data storage. This paper presents a new interface file format, Additive Manufacturing File Format. The data structure of AMF file, geometric principle, curved surface of AMF model and curved triangular mesh are analyzed and studied in detail. And by comparing the size of the AMF file and the STL file of the goblet model. Analyze the advantage of data storage of AMF file. 2) utilize the graphics rendering ability and interactive scene processing ability of 3D graphics library OpenGL. In the environment of Visual C 6.0, the way of MFC is used to program, the data of AMF file is read, stored, and the AMF model is transformed, drawn and displayed. Thus, the visualization of AMF model in micro-nano machining process of three-dimensional supermaterial based on femtosecond laser two-photon polymerization is realized. And the AMF data model of goblet is displayed. 3) an adaptive slicing algorithm based on coordinate information sorting of triangle mesh is proposed: in order to judge the position relationship between triangle mesh and tangent plane easily. According to the z axis coordinate information of triangular mesh, it is sorted. The position relation between triangular mesh and tangent plane is analyzed, and the coordinate of intersection point is calculated. The principle error-step effect and its positive and negative deviations in slice processing are analyzed. The principle of selecting the intersection plane with uniform positive deviation and the changing principle of slice thickness in the process of adaptive slice processing are proposed, and the change of the angle between the normal vector of triangular mesh and the tangent plane is used. A mathematical model for determining the thickness of adaptive slice is established. The slicing algorithm is applied to an example. The slicing algorithm is verified by analyzing the slice processing results of the AMF model of the goblet, and the feasibility of the algorithm is analyzed.
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33

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本文編號：1488319